JP6509202B2 - Process for producing FCC catalyst with reduced attrition rate - Google Patents

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Description

本発明は、Y型のフォージャサイト型ゼオライトを含む微小球を含有しかつ極めて高い活性およびその他の望ましい特性を有する新規の流動接触分解触媒(FCC触媒;fluid catalytic cracking catalysts)、該触媒の製造方法、および石油原料を特に滞留時間の短いプロセス下にクラッキングするための該触媒の使用に関する。   The present invention is a novel fluid catalytic cracking catalyst (FCC catalyst) containing microspheres comprising faujasite-type zeolite of type Y and having very high activity and other desirable properties, the preparation of said catalyst The invention relates to a process and to the use of the catalyst for cracking petroleum feedstocks, in particular in processes with short residence times.

1960年代以降、商業的な流動接触分解触媒の多くはゼオライトを活性成分として含んでいる。このような触媒は、活性ゼオライト成分および非ゼオライト成分の双方を含む微小球と呼ばれる小粒子の形態をとっている。非ゼオライト成分は、触媒のゼオライト成分のためのマトリックスと呼ばれることが多い。非ゼオライト成分は、触媒の触媒的特性および物理的特性の双方に関連する幾つかの重要な機能を果たすことが知られている。Obladは、そうした機能について以下のように記述している。「このマトリックスは篩においてナトリウムのための穴として作用し、そのようにしてマトリックス触媒中のゼオライト粒子に対して安定性を与えると言われている。このマトリックスは、以下のようなさらなる機能を提供する。すなわちこのマトリックスは、ゼオライトを希釈し; 熱および蒸気および機械的摩損に対してゼオライトを安定化し;ゼオライトをその最大の能力で使用できかつ容易に再生できるような高い多孔度を提供し;そして最後に、大規模な接触分解において再生およびクラッキングおよび熱の貯蔵を行う際の熱伝達にとって重要なバルク特性を提供する」。A. G. Oblad Molecular Sieve Cracking Catalysts, The Oil And Gas Journal, 70, 84 (Mar. 27, 1972)。   Since the 1960's, most commercial fluid catalytic cracking catalysts contain zeolite as the active ingredient. Such catalysts are in the form of small particles, called microspheres, which contain both active and non-zeolitic components. Non-zeolitic components are often referred to as a matrix for the zeolitic component of the catalyst. Non-zeolitic components are known to perform several important functions related to both the catalytic and physical properties of the catalyst. Oblad describes these features as follows: "This matrix acts as a hole for sodium in the sieve, and is thus said to provide stability to the zeolite particles in the matrix catalyst. This matrix provides additional functions as follows: The matrix dilutes the zeolite; stabilizes the zeolite against heat and steam and mechanical attrition; provides high porosity so that the zeolite can be used at its full capacity and can be regenerated easily; And finally, it provides bulk properties that are important for heat transfer when performing regeneration and cracking and heat storage in large scale catalytic cracking. A. G. Oblad Molecular Sieve Cracking Catalysts, The Oil And Gas Journal, 70, 84 (Mar. 27, 1972).

従来の流動接触分解触媒においては、活性ゼオライト成分は2つの一般的技術のうちの一方によって触媒の微小球中に組み込まれている。一方の技術においては、ゼオライト成分が結晶化され、次いで別個のステップで微小球中に組み込まれる。第二の技術、すなわちインサイチュ技術においては、まず微小球が形成され、次いでこの微小球自体の中でゼオライト成分が結晶化され、それによってゼオライト成分および非ゼオライト成分の双方を含む微小球がもたらされる。   In conventional fluid catalytic cracking catalysts, the active zeolite component is incorporated into the microspheres of the catalyst by one of two general techniques. In one technique, the zeolite component is crystallized and then incorporated into microspheres in a separate step. In the second technique, the in situ technique, the microspheres are first formed and then the zeolite component is crystallized in the microspheres themselves, resulting in microspheres comprising both the zeolitic component and the non-zeolitic component .

流動接触分解触媒が商業に成功を収めるためには、この触媒が商業的に許容される活性、選択性および安定性を有しなければならないとの認識が長い間持たれてきた。こうした触媒は、経済的に魅力的な収率をもたらすのに十分な活性を有していなければならず、所望の生成物を製造しかつ望ましくない生成物を製造しないように十分な選択性を有していなければならず、さらには商業的に有用な寿命を有するのに十分な熱水的安定性および耐摩損性を有していなければならない。   It has long been recognized that fluid catalytic cracking catalysts must have commercially acceptable activity, selectivity, and stability for commercial success. Such catalysts must have sufficient activity to yield economically attractive yields, produce sufficient selectivity to produce the desired product and not produce the undesired product. It must have sufficient thermal stability and attrition resistance to have a commercially useful life.

一般に、FCCは商業的にはサイクリック式で実施される。この運転の間に、炭化水素原料は、水素添加なしで例えば約50psig以下の圧力でかつ約650℃以下の温度で、高温の活性の固体粒子状触媒と接触される。この触媒は直径約20〜200マイクロメートルの粒子径および約60〜100マイクロメートルの平均サイズを有する粉末である。この粉末はライザー反応帯域を通過して上方へと推進され、流動化され、かつ炭化水素供給原料と完全に混合される。この炭化水素供給原料は前述の高温で触媒によってクラッキングされ、かつ様々な炭化水素生成物へと分離される。炭化水素供給原料が分解触媒の存在下にクラッキングされてガソリンおよびオレフィンが形成される際に、「コーク」として知られる望ましくない炭素質の残留物が触媒上に堆積する。使用済みの触媒はコークに加えて原料中に存在する金属をも含む。FCC用触媒は典型的には大細孔のアルミノシリケート組成物であり、これにはフォージャサイトまたはゼオライトYが含まれる。   In general, the FCC is commercially practiced cyclically. During this operation, the hydrocarbon feed is contacted with the hot, active solid particulate catalyst at a pressure of, for example, about 50 psig or less and at a temperature of about 650 ° C. or less without hydrogenation. The catalyst is a powder having a particle size of about 20 to 200 micrometers in diameter and an average size of about 60 to 100 micrometers. The powder is propelled upward through the riser reaction zone to be fluidized and thoroughly mixed with the hydrocarbon feed. The hydrocarbon feedstock is catalytically cracked at the aforementioned high temperatures and separated into various hydrocarbon products. As the hydrocarbon feedstock is cracked in the presence of a cracking catalyst to form gasoline and olefins, undesirable carbonaceous residues known as "coke" deposit on the catalyst. The spent catalyst also contains the metals present in the feed in addition to the coke. Catalysts for FCC are typically large pore aluminosilicate compositions, including faujasite or zeolite Y.

コークが付着した触媒粒子はクラッキングされた炭化水素生成物から分離され、ストリッピング後に再生塔へと移され、そこでコークが燃焼除去されることによって触媒が再生される。再生された触媒は、次いで再生塔からライザー底部へと下方に流動する。   The coke-adhered catalyst particles are separated from the cracked hydrocarbon product and stripped and transferred to a regenerator where the coke is burned off to regenerate the catalyst. The regenerated catalyst then flows downwardly from the regenerator to the riser bottom.

高い流動速度および高温でのこうしたクラッキングおよび再生のサイクルでは、触媒が「微細物」と呼ばれるさらに小さな粒子へと物理的に破砕される傾向にある。触媒粒子の平均直径が約60〜約100マイクロメートルであるのに対して、こうした微細物は20マイクロメートル以下の直径を有する。触媒のユニット滞留、従ってその費用効率を決定付ける際に重要なパラメーターは、耐摩損性である。粒子の初期サイズは触媒の初期の噴霧乾燥を制御することによって調整可能であるが、耐摩損性が不十分であると、接触分解装置は雰囲気中に放出されるべきでない0〜20マイクロメートルの微細物を多量に生成することがある。商業的な接触分解装置は、微細物の空中浮遊を防ぐサイクロンおよび電気集塵装置を含んでいる。当業者は、触媒微細物の過剰な生成によって精油所の触媒コストが増加することも認識している。過剰な微細物は、触媒添加の増加および触媒的に有効な粒子の希釈を招きうる。   Such cracking and regeneration cycles at high flow rates and high temperatures tend to physically break the catalyst into smaller particles called "fines". Such fines have a diameter of 20 micrometers or less, while the average diameter of the catalyst particles is about 60 to about 100 micrometers. An important parameter in determining the unit residence of the catalyst and thus its cost efficiency is attrition resistance. The initial size of the particles can be adjusted by controlling the initial spray drying of the catalyst, but with poor attrition resistance, the catalytic cracking unit should not be released into the atmosphere 0 to 20 micrometers. May produce a large amount of fines. Commercial catalytic crackers include cyclones and electrostatic precipitators that prevent fines from floating in air. One skilled in the art also recognizes that excessive catalyst fines formation increases refinery catalyst costs. Excess fines can lead to increased catalyst loading and catalytically effective particle dilution.

米国特許第4,493,902号明細書には、約40質量%超、好ましくは50〜70質量%のY型フォージャサイトを含む耐摩損性高ゼオライト含有量触媒活性微小球を含有する新規の流動分解触媒、および、化学的に反応性の焼成クレー、すなわちメタカオリン(焼成され、それによって脱ヒドロキシル化に伴って強力な吸熱反応を経たカオリン)と、カオリンをメタカオリンに変換するのに用いられた条件よりも過酷な条件下に焼成されたカオリンクレー、すなわち焼成カオリンのスピネル形態と呼ばれることもある焼成によって特徴的なカオリン発熱反応を経たカオリンクレーという2つの形態の混合物から構成される多孔質微小球中で約40%超のナトリウムY型ゼオライトを結晶化させることによる該触媒の製造方法が開示されており、ここに本明細書の一部を構成するものとして該特許明細書の教示を援用する。好ましい一実施形態においては、これらの焼成カオリンクレーの2つの形態を含む微小球がアルカリ性のケイ酸ナトリウム溶液中に浸漬され、これは好ましくは、得ることのできる最大量のY型フォージャサイトが微小球中で結晶化されるまで加熱される。   U.S. Pat. No. 4,493,902 shows new attrition resistant high zeolite content catalytically active microspheres comprising more than about 40% by weight, preferably 50 to 70% by weight, of Y-faujasite Flow decomposition catalysts and chemically reactive calcined clays, ie metakaolins (kaolins that are calcined and thereby undergo a strong endothermic reaction with dehydroxylation), and used to convert kaolin to metakaolin A porous material composed of a mixture of two forms: kaolin clay calcined under conditions more severe than the above conditions, ie, kaolin clay characteristic reaction caused by calcination sometimes called spinel form of calcined kaolin Disclosed is a process for the preparation of said catalyst by crystallizing> 40% sodium Y-zeolite in microspheres. Cage, which is incorporated the teachings of the patent specification as to constitute a part of this specification here. In a preferred embodiment, microspheres comprising two forms of these calcined kaolin clays are immersed in an alkaline sodium silicate solution, which preferably has the maximum amount of Y-faujasite obtainable. It is heated until it crystallizes in the microspheres.

米国特許第4,493,902号明細書に記載の技術の実施においては、中でゼオライトが結晶化される多孔質微小球が好ましくは以下のように製造される。すなわち、微粉砕された原料(水和)カオリンクレー(Al23:2SiO2:2H2O)と、発熱を経て焼成された微粉砕カオリンクレーと、副次的な量のケイ酸ナトリウムとの水性スラリーを形成することによって製造される。ここで、このケイ酸ナトリウムは、微小球を形成するために噴霧乾燥機に装入されるスラリーのための流動化剤として作用し、その後、噴霧乾燥された微小球の成分に物理的な団結性を与える機能を果たす。 In the practice of the technology described in US Pat. No. 4,493,902, porous microspheres in which the zeolite is crystallized are preferably produced as follows. That is, finely pulverized raw material (hydrated) kaolin clay (Al 2 O 3 : 2 SiO 2 : 2 H 2 O), finely pulverized kaolin clay calcined through heat generation, and a minor amount of sodium silicate Manufactured by forming an aqueous slurry of Here, the sodium silicate acts as a fluidizing agent for the slurry charged to the spray dryer to form the microspheres and then physically coalesce into the components of the spray dried microspheres Perform the function of giving sex.

水和カオリンクレーと焼成により発熱を経たカオリンとの混合物を含む噴霧乾燥された微小球は、その後、カオリンを発熱させるのに必要な条件よりも緩やかな制御条件下に焼成され、それにより微小球の水和カオリンクレー部分が脱水され、かつこの部分がメタカオリンへと変換され、これによって、メタカオリンと焼成により発熱を経たカオリンとケイ酸ナトリウムバインダーとの望ましい混合物を含む微小球が得られる。米国特許第4,493,902号明細書の実施例においては、噴霧乾燥機供給原料中にはほぼ等しい質量の水和クレーおよびスピネルが存在しており、かつ生じる焼成微小球はメタカオリンよりも発熱を経たクレーを幾分より多く含む。米国特許第4,493,902号明細書は、焼成された微小球が、メタカオリン約30〜60質量%、およびその特徴的な発熱によって特徴付けられるカオリン約40〜70質量%を含有することを教示している。米国特許第4,493,902号明細書に記載されたそれほど好ましくない方法には、予めメタカオリン状態で焼成されたカオリンクレーと焼成により発熱を経たカオリンとの混合物を含むスラリーの噴霧乾燥を含むが、しかしながらこのスラリー中には水和カオリンは全く含まれておらず、従って、メタカオリンと焼成により発熱を経たカオリンとの双方を含む微小球が、焼成により水和カオリンがメタカオリンへと変換されることなく直接もたらされる。   Spray-dried microspheres comprising a mixture of hydrated kaolin clay and kaolin that has undergone an exotherm by firing are then fired under controlled conditions that are more moderate than those required to exotherm the kaolin, whereby the microspheres The hydrated kaolin clay portion of is dehydrated and this portion is converted to metakaolin, which results in microspheres comprising the desired mixture of metakaolin and caloric kaolin and sodium silicate binder upon calcination. In the example of U.S. Pat. No. 4,493,902, approximately equal masses of hydrated clay and spinel are present in the spray dryer feedstock, and the resulting fired microspheres are more exothermic than metakaolin. Contain somewhat more clay. U.S. Pat. No. 4,493,902 shows that calcined microspheres contain about 30 to 60% by weight of metakaolin and about 40 to 70% by weight of kaolin characterized by its characteristic exotherm I teach. A less preferred method described in U.S. Pat. No. 4,493,902 involves spray drying of a slurry comprising a mixture of kaolin clay pre-calcined in the metakaolin state and kaolin which has been exothermed by calcination. However, in this slurry, the hydrated kaolin is not contained at all, so that the microspheres containing both metakaolin and kaolin which has generated heat due to calcination are converted into hydrated kaolin into metakaolin by calcination. It is brought directly.

米国特許第4,493,902号明細書に記載の発明の実施においては、焼成により発熱を経たカオリンとメタカオリンとから構成される構成される微小球が結晶化開始剤(種結晶)の存在下に苛性に富むケイ酸ナトリウム溶液と反応し、それによって微小球中のシリカおよびアルミナが合成ナトリウムフォージャサイト(Y型ゼオライト)へと変換される。この微小球はケイ酸ナトリウム母液から分離され、希土類、アンモニウムイオンまたは双方とイオン交換されて、希土類または触媒の様々な既知の安定化形態が形成される。米国特許第4,493,902号明細書に記載の技術は、高ゼオライト含有量と、高い活性、良好な選択性および熱安定性ならびに耐摩損性との望ましい特有の組合せを達成するための手段を提供する。   In the practice of the invention described in U.S. Pat. No. 4,493,902, microspheres composed of kaolin and metakaolin which generate heat by firing are in the presence of a crystallization initiator (seed crystal). It reacts with sodium hydroxide solution which is rich in sodium hydroxide, thereby converting silica and alumina in microspheres into synthetic sodium faujasite (Y-type zeolite). The microspheres are separated from the sodium silicate mother liquor and ion exchanged with rare earth, ammonium ions or both to form various known stabilized forms of rare earth or catalyst. The technology described in U.S. Pat. No. 4,493,902 is a means for achieving the desired unique combination of high zeolite content with high activity, good selectivity and thermal stability and attrition resistance. I will provide a.

前記技術は広範にわたる商業的成功を収めてきた。この耐摩損性をも有する高ゼオライト含有量微小球の有用性ゆえに、例えば改善された活性および/または選択性といった特定の性能を目標とする精油所は、今やコストのかかる機械的再設計を負うことなく特注設計の触媒を利用することができる。国内外の精油所に現在供給されているFCC触媒の大部分は、この技術をベースにしている。許容し得る最高の再生塔温度または送風機能力によってFCCユニットが制約を受けている精油所は選択性の向上を追求しており、それによってコーク生成が減少し、一方ではガス圧縮機の制限によってガス発生を減少させる触媒が極めて望ましいものとなる。一見わずかにも見えるコークの減少は、送風機または再生塔温度の制約を受けるFCCユニットの運転に対する顕著な経済的有益性を意味しうる。   The technology has had widespread commercial success. Due to the availability of high zeolite content microspheres that also have this attrition resistance, refineries that target specific performance, such as improved activity and / or selectivity, now suffer from costly mechanical redesigns. Custom-designed catalysts can be used without it. Most of the FCC catalysts currently supplied to domestic and foreign refineries are based on this technology. Refineries where FCC units are constrained by the highest acceptable regenerator temperature or blast capacity are pursuing increased selectivity, thereby reducing coke formation while limiting gas compressors to gas Catalysts that reduce generation are highly desirable. The seemingly slight reduction in coke can mean significant economic benefit to the operation of an FCC unit subject to blower or regenerator temperature constraints.

米国特許第4,493,902号明細書に記載の方法により形成される触媒の活性および選択性は、概してこの触媒がゼオライト分をマトリックス中に組み込むことにより製造される流動接触分解触媒よりも低い全多孔度を有していても達成される。特に、そのような触媒の微小球は約0.15cc/g未満またさらには約0.10cc/g未満の全多孔度を有する場合がある。総じて、米国特許第4,493,902号明細書に記載の微小球は0.30cc/g未満の全多孔度を有する。本明細書で使用する場合に、「全多孔度」とは水銀ポロシメトリー技術で測定された場合に35〜20,000Åの範囲内の直径を有する細孔の容積を意味する。米国特許第4,493,902号明細書には、約0.15cc/g未満の全多孔度を有する微小球体がそこで見い出だされたような活性および選択性を示すことは驚くべきであると記載されている。このような結果は、例えば、低い細孔容積は「拡散が制限されるために選択性の低下を招きうる」という従来の技術の開示とは対照的である。   The activity and selectivity of the catalyst formed by the method described in U.S. Pat. No. 4,493,902 is generally lower than the fluid catalytic cracking catalyst produced by incorporating the zeolite into the matrix. Even with full porosity is achieved. In particular, such catalyst microspheres may have a total porosity of less than about 0.15 cc / g or even less than about 0.10 cc / g. Overall, the microspheres described in US Pat. No. 4,493,902 have a total porosity of less than 0.30 cc / g. As used herein, "total porosity" means the volume of pores having a diameter in the range of 35-20,000 Å as measured by mercury porosimetry techniques. In U.S. Pat. No. 4,493,902, it is surprising that microspheres having a total porosity of less than about 0.15 cc / g exhibit activity and selectivity as found therein. It is stated that there is. Such results are, for example, in contrast to the prior art disclosure that low pore volumes can lead to reduced selectivity because diffusion is limited.

米国特許第4,493,902号明細書の記載通りに形成された微小球触媒の多孔度が比較的低いことは、活性および選択性に悪影響を及ぼさないと考えられる。なぜならば、米国特許第4,493,902号明細書に記載の微小球は、該特許の時点で用いられていた典型的なFCCプロセス条件の場合には拡散が制限されないためである。特に、クラッキングすべき供給原料と触媒との接触時間は典型的には5秒以上である。従って、マトリックスの内部にゼオライトを機械的に組み込むことによって形成された典型的なFCC触媒の方がより高い多孔度を有し得るとは言え、従来技術のFCCライザー中での反応時間は、活性にも選択性にも何ら利益をもたらさなかった。この結果によって、FCC触媒においては、少なくともゼオライト構造体の外部では、輸送プロセスは全く制限因子ではなかったという結論が導かれた。これに対する異議は事実と矛盾し、利己的であるとして容易に退けられる。重要なことは、米国特許第4,493,902号明細書に従って製造された微小球の耐摩損性が、結晶化したゼオライト触媒成分を非ゼオライトマトリックス中に物理的に組み込んだ従来のFCC触媒に比べて優れていたことである。   The relatively low porosity of the microsphere catalyst formed as described in US Pat. No. 4,493,902 is not believed to adversely affect activity and selectivity. This is because the microspheres described in U.S. Pat. No. 4,493,902 are not diffusion limited in the case of typical FCC process conditions used at the time of that patent. In particular, the contact time between the feedstock to be cracked and the catalyst is typically 5 seconds or more. Thus, although the typical FCC catalyst formed by mechanically incorporating the zeolite inside the matrix may have a higher porosity, the reaction time in the prior art FCC riser is There was no benefit to either nor the selectivity. This result led to the conclusion that, for the FCC catalyst, at least outside the zeolite structure, the transport process was not a limiting factor at all. Objections to this contradict the facts and are easily dismissed as selfish. Importantly, the attrition resistance of the microspheres prepared according to U.S. Pat. No. 4,493,902 is to a conventional FCC catalyst where the crystallized zeolite catalyst component is physically incorporated into the non-zeolite matrix. It was better than it was.

しかし最近になって、触媒とクラッキングすべき供給原料との間の接触時間を劇的に短縮するFCC装置が開発された。通常は反応器はライザーであり、このライザー中に触媒および炭化水素供給原料が底部で入り、中で輸送される。炭化水素がライザーを通過してライザーから排出される間に高温の触媒がこれをクラッキングし、かつクラッキング生成物が触媒から分離される。次に、この触媒は再生塔へと送られ、そこでコークが除去され、それによって触媒が浄化されると同時に、ライザー反応器中の触媒に必要な熱が与えられる。最近のライザー反応器は、コークの選択性およびデルタコークを最低限に抑えるためにより短い滞在時間および高い運転温度で運転されている。ライザーさえも使用されず、さらに接触時間が1秒未満にまで短縮されている設計もある。装置の改良の結果、ガソリンおよび乾燥ガスの選択性を向上させることができる。こうして改良されたFCCユニットは、購入される触媒の種類とは無関係に有用なものとして市販されており、このことは、従来の触媒技術においては系統的な問題が存在していないことを暗に示している。   More recently, however, FCC units have been developed which dramatically reduce the contact time between the catalyst and the feedstock to be cracked. Usually, the reactor is a riser, in which catalyst and hydrocarbon feed enter at the bottom and are transported in. As the hydrocarbon passes through the riser and exits the riser, the hot catalyst cracks it and cracking products are separated from the catalyst. The catalyst is then sent to the regenerator where coke is removed, thereby purifying the catalyst while providing the necessary heat to the catalyst in the riser reactor. Modern riser reactors are operated with shorter residence times and higher operating temperatures to minimize coke selectivity and delta coke. Not all risers are used, and some designs have contact times reduced to less than a second. As a result of the improvement of the device, the selectivity of gasoline and drying gas can be improved. The FCC unit thus improved is marketed as useful regardless of the type of catalyst purchased, which implies that there is no systematic problem with conventional catalyst technology. It shows.

FCC型のプロセスにおいては重質化の進む供給原料が処理され、このような供給原料がコークの生成を高めかつ望ましくない生成物をもたらす傾向にあることも、供給原料を触媒と接触させるための新規方法が導かれた理由になっている。特に興味がもたれてきたのは、非常に短い接触期間の間FCC触媒を接触させる方法である。例えば、ライザー中で3秒未満の短い接触時間および1秒以下の極めて短い接触時間によって、ガソリンへの選択性が向上すると同時にコークおよび乾燥ガスの生成が減少することが判明した。   The fact that heavier feedstocks are processed in FCC type processes, and the tendency of such feedstocks to increase coke formation and lead to undesirable products also results in contacting the feedstock with the catalyst. It is the reason that a new method was introduced. Of particular interest has been the method of contacting the FCC catalyst for a very short contact period. For example, it has been found that short contact times of less than 3 seconds and extremely short contact times of less than 1 second in the riser improve the selectivity to gasoline while reducing the formation of coke and drying gas.

FCC法においては、油に対する触媒の接触時間が次第に短くなるのを補償するために、使用される「平衡」触媒の活性がより高くなる傾向にある。例えば触媒の全表面積を増加させる必要があり、さらには触媒に添加される希土類酸化物促進剤の量も増加している。さらに、転化率の低下を補償するためにクラッキング温度も上昇している。残念ながら、ユニット改造後に、短い接触時間(SCT)の間に生じる塔底生成物のAPI比重がしばしば増加することが判明しており、このことによって炭化水素供給原料の極めて重質な部分のクラッキングに比較的長い時間がかかるとも言われている。さらに、触媒の全表面積が大きいことは評価されてはいるが、FCC法ではなお耐摩損性が高く評価される。従って、当業者には自明のことではないとしても、現在用いられている新規の短い接触時間および極めて短い接触時間が用いられるプロセスに対してFCC触媒の最適化が必要であろうと次第に考えられるようになってきた。   In the FCC process, the activity of the "equilibrium" catalyst used tends to be higher to compensate for the progressively shorter contact time of the catalyst with the oil. For example, the total surface area of the catalyst needs to be increased, and the amount of rare earth oxide promoter added to the catalyst is also increasing. In addition, the cracking temperature is also rising to compensate for the reduction in conversion. Unfortunately, it has been found that after conversion of the unit, the API gravity of the bottom product, which occurs during short contact times (SCT), often increases, which results in the cracking of the very heavy parts of the hydrocarbon feed It is also said that it takes a relatively long time. Furthermore, although it is appreciated that the total surface area of the catalyst is large, the FCC method is still highly rated for attrition resistance. Thus, it is increasingly considered that optimization of the FCC catalyst will be necessary for the process currently using new short contact times and very short contact times, which are not obvious to the person skilled in the art. It has become.

現在、炭化水素を短い接触時間で処理する方法においては、現在の触媒においてなおも存在している拡散の制限を排除することによってさらなる改善が得られると考えられている。このことは、こうした材料が適用において優れているとさえ結論付けられるようになりつつある。こうした触媒における改善は、触媒の多孔度を最適化し、かついわゆる組み込み法により製造された触媒において存在するバインダー相の活性部位閉塞および拡散制限を排除することによって得ることができるものと考えられる。   It is currently believed that in methods of treating hydrocarbons with short contact times, further improvement is obtained by eliminating the diffusion limitations still present in current catalysts. This is becoming to be concluded that even such materials are superior in application. It is believed that such improvements in the catalyst can be obtained by optimizing the porosity of the catalyst and eliminating the active site plugging and diffusion limitations of the binder phase present in the so-called incorporated catalyst.

本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,943,132号明細書においては、触媒のアルミナリッチな非ゼオライトマトリックスが、含水カオリン粒子の90質量%が2マイクロメートル未満であるような粒子径を有する超微細含水カオリン供給源から誘導され、微粉砕され、かつ発熱を経て焼成される場合に、マクロ多孔質ゼオライト微小球を製造できることが見出された。   In U.S. Patent No. 6,943,132 assigned to the assignee of the present invention, the alumina rich non-zeolite matrix of the catalyst is such that 90% by weight of the hydrous kaolin particles are less than 2 micrometers. It has been found that macroporous zeolite microspheres can be produced when derived from ultrafine hydrous kaolin sources having a diameter, pulverized and exothermally calcined.

超微細含水カオリンは、噴霧乾燥機または適したユニット運転において乾燥され、次いで高エネルギー粉砕機または乾式粉砕手段を用いて解凝集される。このユニット運転が実施されることによって凝集塊が低減され、かつ焼成炉供給原料へと返送されることによって上記の通りスラリー中で測定された粒子径と類似の粒子径が得られる。凝集構造体が存在することによって、焼成カオリンの粒子径および嵩密度特性が変化する。含水カオリンからの相変化の間に凝集および焼結が生じる。測定された粒子径は、粒子径範囲全体にわたって粗い。大きな凝集構造体は、より高い密度、従ってより低い多孔度を有する。焼成前の構造化によって粒子接触点の接合により細孔容積が高められ、これは十分に焼成されたカオリンにおいては理論的には放出される非晶質シリカによって維持される。スピネルへの熱転移によって、形成されたスピネル1モル当たりシリカ1モルが放出される。スピネルからのムライト転移によってさらに4モルが放出される。   The ultrafine hydrous kaolin is dried in a spray dryer or suitable unit operation and then deagglomerated using a high energy grinder or dry grinding means. By carrying out this unit operation, agglomerates are reduced, and by returning them to the calciner feed, a particle size similar to that measured in the slurry as described above is obtained. The presence of the aggregate structure changes the particle size and bulk density characteristics of the calcined kaolin. Flocculation and sintering occur during phase change from hydrous kaolin. The particle size measured is coarse over the entire particle size range. Large agglomerated structures have higher density and thus lower porosity. The pore volume is increased by the bonding of the particle contact points by structuring before calcination, which in the case of fully calcined kaolin is maintained by the theoretically released amorphous silica. The thermal transition to spinel releases one mole of silica per mole of spinel formed. An additional 4 moles are released by the mullite transition from spinel.

より一般的には、FCC触媒のマクロ多孔性を達成するために前記発明において有用であるFCC触媒マトリックスは、触媒マトリックスの形成に使用される従来技術の焼成カオリンとは異なる特定の水孔容積を有し、アルミナ供給源、例えば発熱を経て焼成されたカオリンから誘導される。水孔容積は、初期スラリー点(Incipient Slurry Point)(ISP)試験によって導き出され、前記特許に記載されている。   More generally, the FCC catalyst matrix useful in the invention to achieve the macroporosity of the FCC catalyst has a specific water pore volume different from the prior art calcined kaolin used to form the catalyst matrix. And derived from an alumina source, such as kaolin, which has been calcined via an exotherm. The water hole volume was derived by the Incipient Slurry Point (ISP) test and is described in the patent.

米国特許第6,943,132号明細書の記載に従って形成される微小球触媒の形態は、以前のインサイチュ形成微小球触媒に対して特有的である。発熱を経て焼成された微粉砕超微細含水カオリンが使用されることによって、構造体のマクロ孔が結晶化の後にゼオライトで実質的に被覆またはライニングされている多孔質構造を有するインサイチュゼオライト微小球がもたらされる。ここで定義されるマクロ多孔度は、触媒が少なくとも0.07cc/gmの水銀圧入で600〜20,000Åの孔範囲のマクロ孔容積を有することを意味する。また、この触媒は500m2/g未満のBET表面積を有する。この新規な触媒は、炭化水素供給原料が触媒と約3秒以下の時間にわたって接触する短い接触時間のプロセスを含むFCCプロセスに最適である。 The morphology of the microsphere catalyst formed as described in US Pat. No. 6,943,132 is unique to previous in situ formed microsphere catalysts. The use of finely divided ultrafine hydrous kaolin, which has been calcined via heat generation, results in in situ zeolite microspheres having a porous structure in which the macropores of the structure are substantially coated or lined with zeolite after crystallization. Will be brought. Macroporosity, as defined herein, means that the catalyst has a macropore volume in the pore range of 600-20,000 Å with a mercury intrusion of at least 0.07 cc / gm. Also, this catalyst has a BET surface area of less than 500 m 2 / g. This novel catalyst is optimal for FCC processes involving short contact time processes in which the hydrocarbon feedstock contacts the catalyst for a time less than about 3 seconds.

微小球内の多孔度が高いことは、微小球構造体内での原油分子の拡散に起因する典型的な比率の低下を排除することによって触媒活性を最大化するために重要である。しかしながら、微小球の多孔度が増加するとFCCユニット運転環境の内部で微小球が砕けかつ摩損してより微細な粒子となる比率が高まり、これによって新鮮触媒の添加率が増加し、かつユニットからの粒子排出が増大する。触媒の性能および相応する有用性を向上させるためには、所与の全細孔容積でFCC触媒の摩損率を低下させるためのプロセス上または組成上の機構が根本的に重要である。   The high porosity within the microspheres is important to maximize catalytic activity by eliminating the typical ratio drop resulting from the diffusion of crude oil molecules within the microsphere structure. However, as the porosity of the microspheres increases, the ratio of microsphere breakage and attrition to finer particles within the FCC unit operating environment increases, thereby increasing the addition of fresh catalyst, and from the unit. Particle emissions increase. Process or compositional mechanisms for reducing the attrition rate of FCC catalysts at a given total pore volume are of fundamental importance in order to improve the performance and corresponding utility of the catalyst.

発明の概要
カチオン性高分子電解質をカオリンスラリーに添加し、その後で後続のゼオライト成長のための微小球基材へと加工することによって、改善された耐摩損性がインサイチュ形成(その場で形成された)FCC触媒にもたらされる。
SUMMARY OF THE INVENTION Improved attrition resistance is formed in situ (by in situ formation) by adding a cationic polyelectrolyte to a kaolin slurry and then processing it into a microsphere substrate for subsequent zeolite growth ) To the FCC catalyst.

触媒の細孔容積に対する本発明による触媒および比較触媒についてのエアジェット摩損結果のプロットである。Figure 2 is a plot of air jet attrition results for the catalyst according to the invention and the comparative catalyst against the pore volume of the catalyst. 触媒の細孔容積に対するローラー摩損結果のプロットである。Figure 2 is a plot of roller attrition results against pore volume of the catalyst. 触媒の細孔容積に対する本発明による触媒および比較触媒についてのエアジェット摩損結果のプロットである。Figure 2 is a plot of air jet attrition results for the catalyst according to the invention and the comparative catalyst against the pore volume of the catalyst. 触媒の細孔容積に対するローラー摩損結果のプロットである。Figure 2 is a plot of roller attrition results against pore volume of the catalyst.

発明の詳細な説明
本発明の微小球触媒は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,493,902号明細書に開示された包括的方法によって製造される。本発明の触媒のアルミナリッチな非ゼオライトマトリックスが超微細粉末の形態である含水カオリン供給源から誘導され、ここで前述の米国特許第6,943,132号明細書に開示されるように、この超微細粉末の少なくとも90質量%が2.0マイクロメートル未満であり、好ましくは少なくとも70質量%が1マイクロメートル未満であることは、必須ではないが好ましい。この超微細含水カオリンは、微粉砕され、かつ発熱を経て焼成される。ゼオライト微小球が、より大きなサイズを有するカオリンから誘導されるアルミナリッチなマトリックスを用いて形成され、かつ少なくとも実質的にその特徴的な発熱を経て焼成されることも、本発明の範囲内である。Satintone(登録商標)No.1(ムライトが実質的に全く生成されることなくその特徴的な発熱を経て焼成された市販のカオリン)は、アルミナリッチなマトリックスを形成するために商業ベースで用いられる材料である。Satintone(登録商標)No.1は、粒子の70%が2マイクロメートル未満である含水カオリンから誘導される。アルミナリッチなマトリックスを形成するために用いられる他の供給源には、少なくとも実質的にその特徴的な発熱を経て焼成された微細含水カオリン[例えばASP(登録商標)600、すなわち“Aluminum Silicate Pigments”(EC-1167)と題するEngelhard社の技術告示No. TI-1004に記載されている市販の含水カオリン]が含まれる。ブックレットクレーが最も広範に商業的に用いられており、世界規模で多大な成功を収めている。
Detailed Description of the Invention The microsphere catalyst of the present invention is prepared by the generic method disclosed in US Patent 4,493,902 assigned to the assignee of the present invention. The alumina-rich non-zeolite matrix of the catalyst of the present invention is derived from a hydrous kaolin source which is in the form of an ultrafine powder, as disclosed herein in the aforementioned US Pat. No. 6,943,132. Preferably at least 90% by weight of the ultrafine powder is less than 2.0 micrometers, preferably at least 70% by weight less than 1 micrometer. The ultra-fine water-containing kaolin is finely pulverized and is subjected to heat generation and firing. It is also within the scope of the present invention that the zeolite microspheres are formed using an alumina-rich matrix derived from kaolin having a larger size, and calcined at least substantially through its characteristic exotherm . Satintone® No. 1 (commercially available kaolin calcined via its characteristic exotherm without substantial formation of mullite) is used on a commercial basis to form an alumina rich matrix It is a material. Satintone® No. 1 is derived from hydrous kaolin where 70% of the particles are less than 2 micrometers. Other sources used to form the alumina-rich matrix include finely divided hydrated kaolin [e.g. ASP.RTM. 600, i.e. "Aluminum Silicate Pigments", calcined at least substantially via its characteristic exotherm]. (EC-1167), a commercially available hydrous kaolin described in Engelhard's technical notification No. TI-1004. Booklet clay is the most widely used commercially and has a great deal of global success.

本発明のFCC微小球の概括的な製造方法は従来技術においてよく知られており、米国特許第4,493,902号明細書に開示された方法に従うことができる。米国特許第4,493,902号明細書に開示されている通り、反応性の微粒状含水カオリンおよび/またはメタカオリンと、マトリックスを形成するアルミナ含有材料、例えばその特徴的な発熱を経て焼成された超微細カオリンとの水性スラリーが調製される。次いで、この水性スラリーが噴霧乾燥されることによって、含水カオリンおよび/またはメタカオリンと高アルミナマトリックスを形成するために少なくとも実質的にその特徴的な発熱を経て焼成されたカオリンとの混合物を含有する微小球が得られる。好ましくは、水性スラリーが噴霧乾燥される前に適量のケイ酸ナトリウムがこの水性スラリーに添加され、カオリン粒子間のバインダーとして機能する。   The general method of producing the FCC microspheres of the present invention is well known in the prior art and can be according to the method disclosed in US Pat. No. 4,493,902. As disclosed in U.S. Pat. No. 4,493,902, reactive finely particulate hydrous kaolin and / or metakaolin and an alumina-containing material forming a matrix, such as calcined through its characteristic heat generation An aqueous slurry with ultrafine kaolin is prepared. The aqueous slurry is then spray-dried to form a mixture comprising hydrous kaolin and / or metakaolin and a mixture of kaolin calcined at least substantially via its characteristic exotherm to form a high alumina matrix. A sphere is obtained. Preferably, an appropriate amount of sodium silicate is added to the aqueous slurry before the aqueous slurry is spray dried to act as a binder between kaolin particles.

微小球を形成するためのスラリーの反応性カオリンは、水和カオリンまたは焼成された含水カオリン(メタカオリン)またはそれらの混合物から形成されていてよい。供給原料スラリーの含水カオリンは、適切には、粗い白色のカオリン原料から誘導されるASP(登録商標)600またはASP(登録商標)400カオリンの一方または混合物のいずれであってもよい。粒子径がより小さい含水カオリンを用いることも可能であり、それには灰色粘土層から得られるカオリン、例えばLHT R顔料などが含まれる。ミドルジョージアから得た精製水処理カオリンクレーを成功裏に用いた。この含水カオリンの焼成生成物を、供給原料スラリーのメタカオリン成分として使用することができる。   The reactive kaolin of the slurry to form the microspheres may be formed from hydrated kaolin or calcined hydrous kaolin (metakaolin) or mixtures thereof. The hydrous kaolin of the feedstock slurry may suitably be any one or a mixture of ASP® 600 or ASP® 400 kaolin derived from a coarse white kaolin feedstock. It is also possible to use hydrous kaolins of smaller particle size, which include kaolins obtained from gray clay layers, such as, for example, LHTR pigments. Purified water treated kaolin clay obtained from Middle Georgia was used successfully. The calcined product of the hydrous kaolin can be used as the metakaolin component of the feedstock slurry.

低下した摩損率を示す新規微小球は、総じて含水カオリン粒子と焼成カオリン粒子とのブレンドから製造される。このブレンドの組成は、典型的には25質量部〜75質量部が含水カオリンであり、75質量部〜25質量部が焼成カオリンである。含水カオリン粒子は、適した分散剤が添加されて処理粘度により制約を受けて30〜80質量%の固形分範囲内で水中でスラリー化された場合に、Sedigraphにより測定された場合に約0.20〜10マイクロメートルの直径を有する。この粒子の好ましくは90質量%以上が2マイクロメートル未満のサイズを有する。焼成カオリンは、その発熱性の結晶質相転移を経て加熱されることによってスピネル(これを欠陥アルミニウム−ケイ素スピネルまたはγ−アルミナ相と呼ぶ権威者もいる)またはムライトが形成されたカオリナイトからなる。   Novel microspheres exhibiting reduced attrition are generally made from blends of hydrous kaolin particles and calcined kaolin particles. The composition of this blend is typically 25 parts by weight to 75 parts by weight of hydrous kaolin and 75 parts by weight to 25 parts by weight of calcined kaolin. The hydrous kaolin particles, as determined by Sedigraph, have a suitable dispersant added and slurried in water within the solids range of 30-80% by weight limited by the processing viscosity. It has a diameter of 20 to 10 micrometers. Preferably at least 90% by weight of the particles have a size of less than 2 micrometers. Calcined kaolin consists of kaolinite which is formed into spinel (which is also called a defect aluminum-silicon spinel or γ-alumina phase) or mullite by being heated through its exothermic crystalline phase transition. .

バインダー用のシリケートは、好ましくはNa2Oに対するSiO2の比が1.5〜3.5であり、特に好ましくは2.88〜3.22の比であるケイ酸ナトリウムによって提供される。 The silicate for the binder is preferably provided by sodium silicate in which the ratio of SiO 2 to Na 2 O is 1.5 to 3.5, particularly preferably 2.88 to 3.22.

次いで、このバインダーが(SiO2として計量された場合に)0〜15質量%の水準で添加され、その後、スラリーが噴霧乾燥されることによって、平均粒子径が20〜200μmのセラミック多孔質ビーズが形成される。次いで、噴霧乾燥されたビーズは550℃で開始されるカオリナイトの吸熱転移を経て加熱され、それによりメタカオリンが形成される。生じる微小球は、その後で結晶化され、塩基交換され、焼成され、かつ、常にではないが典型的には塩基交換され、かつ2度目の焼成が行われる。 Next, this binder is added at a level of 0 to 15% by mass (when measured as SiO 2 ), and then the slurry is spray-dried to obtain ceramic porous beads having an average particle size of 20 to 200 μm. It is formed. The spray dried beads are then heated via an endothermic transition of kaolinite initiated at 550 ° C. to form metakaolin. The resulting microspheres are then crystallized, base-exchanged, calcined, and typically but not always base-exchanged, and a second calcination is performed.

水性スラリーが噴霧乾燥される前に、ある量のゼオライト開始剤(例えばカオリン1〜30質量%)がこの水性スラリーに添加されてもよい。本明細書で使用する場合に、「ゼオライト開始剤」という用語には、この開始剤が存在しないと生じないであろうゼオライト結晶化プロセスを生じさせるかまたはこの開始剤が存在しなくても生じるであろうゼオライト結晶化プロセスを有意に短縮する、あらゆるシリカおよびアルミナ含有材料が包含される。そのような材料は「ゼオライト種結晶」としても知られる。そのようなゼオライト開始剤は、X線回折法で検出可能な結晶度を示す場合があり、また示さない場合もある。   Before the aqueous slurry is spray dried, an amount of zeolite initiator (e.g., 1 to 30 wt% of kaolin) may be added to the aqueous slurry. As used herein, the term "zeolite initiator" results in a zeolite crystallization process that would not occur in the absence of the initiator or occurs in the absence of the initiator Included are all silica and alumina containing materials that significantly shorten the zeolite crystallization process that would be. Such materials are also known as "zeolite seed crystals". Such zeolitic initiators may or may not exhibit detectable crystallinity by X-ray diffraction.

噴霧乾燥により微小球にされる前のカオリンの水性スラリーにゼオライト開始剤が添加されることを、本明細書では「内部種結晶添加」と呼ぶ。別法として、カオリン微小球が形成された後で結晶化プロセスが開始される前にゼオライト開始剤がこのカオリン微小球と混合されることも可能であり、そのような技術を本明細書では「外部種結晶添加」と呼ぶ。   The addition of the zeolite initiator to the aqueous slurry of kaolin prior to being spray dried into microspheres is referred to herein as "internal seed addition". Alternatively, it is possible for the zeolite initiator to be mixed with the kaolin microspheres after the formation of the kaolin microspheres before the crystallization process is started, such techniques are referred to herein as " It is called "external seed crystal addition".

本発明において用いられるゼオライト開始剤は、多数の供給源から供給可能である。例えばこのゼオライト開始剤には、結晶化プロセス自体の間に生じた微細物を回収したものが包含されうる。使用可能な他のゼオライト開始剤には、他のゼオライト生成物の結晶化プロセス中に生じた微細物、またはケイ酸ナトリウム溶液中の非晶質ゼオライト開始剤が包含される。本明細書で使用する場合に、「非晶質ゼオライト開始剤」とは、X線回折法で検出可能な結晶度を示さないゼオライト開始剤を意味する。   The zeolite initiators used in the present invention can be supplied from a number of sources. For example, the zeolitic initiator can include a recovery of fines generated during the crystallization process itself. Other zeolitic initiators that can be used include fines generated during the crystallization process of other zeolitic products, or amorphous zeolitic initiators in sodium silicate solution. As used herein, "amorphous zeolite initiator" means a zeolite initiator that does not exhibit detectable crystallinity by X-ray diffraction.

そのような種結晶は、米国特許第4,493,902号明細書の開示通りに調製可能である。特に好適な種結晶は米国特許第4,631,262号明細書に開示されている。   Such seed crystals can be prepared as disclosed in US Pat. No. 4,493,902. Particularly preferred seed crystals are disclosed in US Pat. No. 4,631,262.

噴霧乾燥後に、微小球は直接焼成されてもよいし、結晶化後の触媒のイオン交換性をさらに向上させるべく酸により中和されてもよい。この酸による中和プロセスには、噴霧乾燥はされたが焼成はされていない微小球と鉱酸とを、制御されたpHで撹拌されたスラリーに一緒に供給することが包含される。この固体および酸の添加速度を調整することでpHが約2〜7、最も好ましくは約2.5〜4.5に維持されるが、目標のpHは約3である。ケイ酸ナトリウムバインダーはゲル化されてシリカおよび可溶性ナトリウム塩が生成され、これは次いでろ過され、そして微小球不含となるように洗浄される。次に、このシリカゲルと結合している微小球が焼成される。いずれの場合にも、焼成は、この微小球の予め焼成されたカオリン成分は実質的に変化せずにそのままでありつつもこの微小球の全ての水和カオリンをメタカオリンへと変換するのに十分な温度および時間(例えば、約1,350°Fのチャンバー温度でマッフル炉内で2時間)で行われる。生じる焼成多孔質微小球は、メタカオリンとその特徴的な発熱を経て焼成されたカオリンクレーとの混合物を含んでおり、これら2つの種類の焼成カオリンが同一の微小球中に存在している。また、上記の発熱を経て焼成されたカオリンを何らかの適した焼成アルミナに置き換えることもできる。   After spray drying, the microspheres may be directly calcined or may be neutralized with an acid to further improve the ion exchange properties of the catalyst after crystallization. The acid neutralization process involves feeding the spray dried, but not calcined, microspheres and mineral acid together into a stirred slurry at a controlled pH. The pH is maintained at about 2-7, most preferably about 2.5-4.5 by adjusting the rate of addition of this solid and acid, but the target pH is about 3. The sodium silicate binder is gelled to form silica and a soluble sodium salt, which is then filtered and washed free of microspheres. Next, the microspheres bound to the silica gel are calcined. In any case, calcination is sufficient to convert all the hydrated kaolin of the microspheres to metakaolin while the pre-calcined kaolin component of the microspheres remains substantially unchanged. Temperature and for a time (e.g., 2 hours in a muffle furnace with a chamber temperature of about 1,350.degree. F.). The resulting fired porous microspheres comprise a mixture of metakaolin and kaolin clay fired via its characteristic exotherm, and these two types of fired kaolin are present in the same microspheres. It is also possible to replace the above-mentioned exothermally calcined kaolin with any suitable calcined alumina.

米国特許第4,493,902号明細書に開示されているように、焼成カオリン微小球を適量の他の成分(少なくともケイ酸ナトリウムおよび水を含む)と混合し、その後、生じたスラリーを、この微小球中でY型フォージャサイトを結晶化させるのに十分な温度および時間(例えば200〜215°Fで10〜24時間)に加熱することによって、Y型フォージャサイトが結晶化される。米国特許第4,493,902号明細書の指示に従うことが可能である。   As disclosed in U.S. Pat. No. 4,493,902, calcined kaolin microspheres are mixed with an appropriate amount of other components (including at least sodium silicate and water), and then the resulting slurry is The Y-faujasite is crystallized by heating to temperatures and time sufficient to crystallize the Y-fafacite in the microspheres (eg, 10-24 hours at 200-215 ° F.) . It is possible to follow the instructions of US Pat. No. 4,493,902.

結晶化プロセスが終了した後、Y型フォージャサイトを含有する微小球は、その母液の少なくともかなりの部分から例えばろ過により分離される。ろ過ステップの間または後のいずれかに微小球を水と接触させることによって微小球を洗浄することが望ましい。保持されたシリカは、合成生成物中で様々な水準に制御されている。このシリカからシリカゲルが形成され、これは特定の完成製品の用途に向けた機能を付与する。   After the crystallization process is complete, the microspheres containing Y-fafacite are separated from at least a substantial portion of the mother liquor, for example by filtration. It may be desirable to wash the microspheres by contacting the microspheres with water either during or after the filtration step. The retained silica is controlled at various levels in the synthesis product. From this silica, silica gel is formed, which imparts functionality towards specific finished product applications.

ろ過された微小球は、Y型のフォージャサイト型ゼオライトをナトリウム型で含む。典型的には、この微小球は約8質量%超のNa2Oを含む。活性触媒としての微小球を製造するため、この微小球中のナトリウムイオンのかなりの部分が、アンモニウムイオンまたは希土類イオンまたはそれら双方で置換される。 The filtered microspheres contain Y-form faujasite-type zeolite in sodium form. Typically, the microspheres comprise greater than about 8% Na 2 O by weight. To produce microspheres as active catalysts, a significant portion of the sodium ions in the microspheres are replaced with ammonium ions or rare earth ions or both.

イオン交換は、多数の様々なイオン交換法によって行われることができる。好ましくは、微小球は最初に約3のpHでアンモニウム塩、例えば硝酸アンモニウムまたは硫酸アンモニウムの溶液で1回以上交換される。典型的な設計の塩基交換法は、生成物を交換溶液流に対して向流で処理する複数のベルトフィルターを含む。平衡段階の数は、除去すべき全ナトリウムおよび化学薬品費の最適化によって決定される。典型的な方法は、各塩基交換法において3〜6の平衡段階を含む。アンモニウムイオンとのイオン交換に続き、好ましくは、約3のpHで希土類イオンとのイオン交換が1回以上行われる。希土類は、単一の希土類材料として提供されてもよいし複数の希土類材料の混合物として提供されてもよい。好ましくは、希土類は硝酸塩または塩化物の形態で提供される。本発明の好ましい微小球は、イオン交換されることによって、0質量%〜12質量%のREO、最も好ましくは1質量%〜5質量%のREO、および約0.5質量%未満、さらに好ましくは0.1質量%のNa2Oを含む。よく知られているように、こうしたソーダ水準に達するためには中間焼成が必要であると考えられる。 Ion exchange can be performed by a number of different ion exchange methods. Preferably, the microspheres are first exchanged one or more times with a solution of ammonium salt, eg ammonium nitrate or ammonium sulfate at a pH of about 3. A typical design of base exchange involves a plurality of belt filters which treat the product countercurrent to the exchange solution flow. The number of equilibration stages is determined by optimization of the total sodium and chemical costs to be removed. Typical methods include three to six equilibrium steps in each base exchange method. Ion exchange with ammonium ions is preferably followed by one or more ion exchange with rare earth ions at a pH of about 3. The rare earth may be provided as a single rare earth material or as a mixture of multiple rare earth materials. Preferably, the rare earth is provided in the form of nitrate or chloride. Preferred microspheres of the present invention are ion exchanged to provide 0% to 12% by weight REO, most preferably 1% to 5% by weight REO, and less than about 0.5% by weight, more preferably It contains 0.1% by mass of Na 2 O. As is well known, it is believed that intermediate firing is required to reach these soda levels.

イオン交換の完了後、微小球は乾燥される。ドラム、フラッシュおよび噴霧乾燥を含む多数の乾燥機設計を使用することができる。本発明のFCC微小球触媒のイオン交換のための上記方法はよく知られており、そのようなプロセス自体は本発明の基礎をなすものではない。   After completion of ion exchange, the microspheres are dried. A number of dryer designs can be used including drum, flash and spray drying. The above-described method for ion exchange of the FCC microsphere catalyst of the present invention is well known, and such process itself is not the basis of the present invention.

本発明は、上記方法により形成されるゼオライト含有FCC触媒の耐摩損性の改善を目的としている。この目的のためにカチオン性高分子電解質がカオリンスラリーに添加され、その後、後続のゼオライト成長のための微小球基材へと加工される。このカチオン性高分子電解質の添加によって、エアジェット摩損試験(ASTM法D5757−00)およびローラー摩損試験により測定された場合に、全触媒細孔容積が同一である場合、この高分子電解質を添加せずに製造された対照標準触媒試料に対して、得られるFCC触媒の摩損率が低下する。摩損の改善をもたらす厳密な機構については研究中であるが、高分子電解質は紙のコーティングにおいて知られかつ利用されており、また含水および焼成カオリン粒子の凝集を必要とする用途を満足させる。含水および焼成カオリンスラリーブレンドへの高分子電解質の添加によって、微小な凝集体の形成を通じて局在化構造がもたらされ、これが微小球形成プロセスの噴霧乾燥ステップおよび焼成ステップの間保持されるものと考えられる。この高分子電解質の添加によって、Y型ゼオライトの結晶化の前にこの微小球の機械的強度が望ましくない低下を示すことなく、必要なバインダー(典型的にはケイ酸ナトリウム)の量を低下させることもできる。   The present invention aims at improving the attrition resistance of the zeolite-containing FCC catalyst formed by the above method. For this purpose, cationic polyelectrolytes are added to the kaolin slurry and then processed into a microsphere substrate for subsequent zeolite growth. The addition of this cationic polyelectrolyte results in the addition of this polyelectrolyte if the total catalyst pore volume is the same, as determined by the air jet attrition test (ASTM method D 5757-00) and the roller attrition test. The attrition rate of the resulting FCC catalyst is reduced relative to the control standard catalyst sample produced without. Although the exact mechanism leading to the improvement of attrition is under investigation, polyelectrolytes are known and used in paper coatings and satisfy applications requiring the aggregation of water-containing and calcined kaolin particles. The addition of polyelectrolytes to hydrous and calcined kaolin slurry blends results in a localized structure through the formation of fine aggregates, which are retained during the spray drying and calcination steps of the microsphere formation process Conceivable. The addition of the polyelectrolyte reduces the amount of binder (typically sodium silicate) required without exhibiting an undesirable reduction in the mechanical strength of the microspheres prior to crystallization of the Y-type zeolite. It can also be done.

このカオリンスラリーに添加されるカチオン性高分子電解質の量は最小であって、かつさらには、完成触媒において耐摩損性のかなりの改善が認められた。例えば、所望の結果を得るための高分子電解質の量は、乾燥カオリン(未焼成および焼成済み)1トンあたり約0.1〜10ポンドであることが判明した。さらに好ましくは、乾燥ベースでの全カオリン含分に対して1トンあたり0.5〜2ポンド、または0.025〜0.1質量%の高分子電解質が効果的に添加される。使用される高分子電解質のパーセンテージは、ゼオライト結晶化の前に微小球形成に用いられるスラリー中に存在する全カオリン固体を基準にしていると理解されるべきである。特定の方法の説明は、微小球の形成に使用される含水および焼成カオリンスラリーと共に高分子電解質を使用することに関するものであるが、こうした材料に限定されるわけではない。適した高分子電解質と、マトリックスまたは将来的なゼオライトの養分(nutrient;栄養素ともいう)として使用されうる他の金属酸化物前駆体との合一体も使用可能である。非限定例には、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカおよびアルミナ−シリカ材料、例えばクレーが包含される。記載される本発明の適用はインサイチュでのFCC製造アプローチを利用しているが、組み込まれた触媒プロセスの中で使用されるとも容易に言い換えることができる。   The amount of cationic polyelectrolyte added to the kaolin slurry was minimal, and further, a significant improvement in attrition resistance was observed in the finished catalyst. For example, the amount of polyelectrolyte to achieve the desired result was found to be about 0.1 to 10 pounds per ton of dry kaolin (green and calcined). More preferably, 0.5 to 2 pounds per ton, or 0.025 to 0.1% by weight of polyelectrolyte is effectively added, based on the total kaolin content on a dry basis. It is to be understood that the percentage of polyelectrolyte used is based on the total kaolin solids present in the slurry used for microsphere formation prior to zeolite crystallization. The description of the particular method relates to the use of polyelectrolytes with hydrous and calcined kaolin slurries used to form microspheres, but is not limited to such materials. Combinations of suitable polyelectrolytes with other metal oxide precursors which may be used as matrix or future zeolite nutrients may also be used. Nonlimiting examples include alumina, aluminum hydroxide, silica and alumina-silica materials such as clays. The application of the invention described makes use of an in situ FCC manufacturing approach, but can also be easily reworded as being used in an incorporated catalytic process.

本発明における有用なカチオン性高分子電解質は、従来技術においては紙の充填およびコーティングの用途で含水カオリンを凝集させるための充填剤として知られている。そのような薬剤の多くは、クレースラリーのろ過速度を高めるための凝集剤としても知られている。例えば米国特許第4,174,279号明細書および米国特許第4,767,466号明細書を参照のこと。有用なカチオン性高分子電解質凝集剤には、ポリアミン、第4級アンモニウム塩、ジアリルアンモニウムポリマー塩、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド(polydadmac)が包含される。カチオン性高分子電解質凝集剤は、1モルあたりの正電荷の全数を分子量(Mw)で除すことによって決定される正電荷密度が高いことを特徴としている。一般に1×10-3超の正電荷密度で、化学物質のMwは10,000〜1,000,000(例えば50,000〜250,000)であると推定される。そのような材料は、アニオン性基、例えばカルボキシル基またはカルボニル基を含まない。いかなる特定の反応機構にも限定されることを望むものではないが、クレーの無機カチオン、例えばH+、Na+およびCa++は、元の無機カチオンの位置でカチオン性高分子電解質の正に帯電したポリマー部分に置換され、かつこの置換によってクレー粒子上の負電荷が減少し、それによって今度は相互引力による融合がもたらされるものと考えられる。ポリマー鎖の末端近傍の電荷中心は、接近可能なクレーカチオン交換中心またはポリマー電荷中心が消耗するまで、隣接する粒子と反応しかつ架橋形成する。この架橋によって粒子間の結合が強化され、それによって高せん断抵抗性のバルク状のクレー鉱物組成物がもたらされる。ジメチルジアリルアンモニウムクロリドの場合にろ液中に塩化物イオンが存在することは、クレー粒子と第4級塩ポリマーとの間の反応の少なくとも1つの段階がイオン交換機構によって生じることの顕れでありうる。 Cationic polyelectrolytes useful in the present invention are known in the prior art as fillers for flocculating hydrous kaolin in paper filling and coating applications. Many such agents are also known as flocculants to enhance the filtration rate of clay slurries. See, for example, U.S. Patent Nos. 4,174,279 and 4,767,466. Useful cationic polyelectrolyte flocculants include polyamines, quaternary ammonium salts, diallyl ammonium polymer salts, dimethyldiallyl ammonium chloride (polydadmac). Cationic polyelectrolyte flocculants are characterized by a high positive charge density, which is determined by dividing the total number of positive charges per mole by the molecular weight (M w ). In general, the M w of a chemical is estimated to be 10,000 to 1,000,000 (eg, 50,000 to 250,000) at a positive charge density of greater than 1 × 10 −3 . Such materials do not contain anionic groups, such as carboxyl or carbonyl groups. While not wishing to be limited to any particular reaction mechanism, the inorganic cations of clays, such as H + , Na + and Ca ++, are positively associated with cationic polyelectrolytes in the position of the original inorganic cation. It is believed that charged polymer moieties are substituted, and this substitution reduces the negative charge on the clay particles, which in turn results in fusion by mutual attraction. The charge centers near the ends of the polymer chains react and crosslink with adjacent particles until the accessible clay cation exchange centers or polymer charge centers are depleted. This crosslinking strengthens the bonds between the particles, which results in a bulky clay mineral composition with high shear resistance. In the case of dimethyldiallyl ammonium chloride, the presence of chloride ions in the filtrate may be evidence that at least one stage of the reaction between the clay particles and the quaternary salt polymer occurs by an ion exchange mechanism. .

Kemira Superfloc C-500シリーズのポリアミンは、様々な分子量の液体カチオン性ポリマーである。これは、広範な工業における固−液分離プロセスにおいて主要な凝集剤として効果的に作用し、かつ中和剤を帯電させる。入手可能な範囲の化学薬品によって、それぞれの個々の用途に適した生成物の存在が保証される。上記生成物の全てでなくともその多くが分岐状ポリマー鎖を有する。   The Kemira Superfloc C-500 series polyamines are liquid cationic polymers of various molecular weights. It effectively acts as the main flocculant in solid-liquid separation processes in a wide range of industries and charges the neutralizing agent. The range of available chemicals ensures the presence of a product suitable for each individual application. Many if not all of the above products have branched polymer chains.

BASF社のMAGNAFLOC LT7989、LT7990およびLT7991も、約50%の溶液中に含まれるポリアミンであり、かつ本発明において有用である。   BASF MAGNAFLOC LT7989, LT7990 and LT7991 are also polyamines contained in about 50% solution and are useful in the present invention.

アルキルジアリル第4級アンモニウム塩に加えて、他の第4級アンモニウムカチオン性凝集剤が、脂肪族第2級アミンとエピクロロヒドリンとの共重合によって得られる。その他の水溶性カチオン性高分子電解質はポリ(第4級アンモニウム)ポリエーテル塩であり、この塩は、ポリマー骨格中に第4級窒素を含み、かつエーテル基で鎖延長されている。これは、ペンダントヒドロキシル基を含む水溶性ポリ(第4級アンモニウム塩)および2官能性反応性鎖延長剤から製造され、そのような高分子電解質は、N,N,N(1),N(1)−テトラアルキルヒドロキシアルキレンジアミンおよび有機ジハロゲン化物、例えばジヒドロアルカンまたはジハロエーテルをエポキシハロアルカンで処理することにより製造される。そのような高分子電解質およびクレーの凝集における該高分子電解質の使用は、米国特許第3,663,461号明細書に開示されている。 In addition to the alkyl diallyl quaternary ammonium salts, other quaternary ammonium cationic flocculants are obtained by copolymerization of aliphatic secondary amines with epichlorohydrin. Other water soluble cationic polyelectrolytes are poly (quaternary ammonium) polyether salts, which contain quaternary nitrogen in the polymer backbone and are chain extended with ether groups. It is prepared from water-soluble poly (quaternary ammonium salts) containing pendant hydroxyl groups and a difunctional reactive chain extender, such polyelectrolytes can be prepared by N, N, N (1) , N ( 1) -prepared by treating tetraalkylhydroxyalkylenediamines and organic dihalides such as dihydroalkanes or dihaloethers with epoxy haloalkanes. The use of such polyelectrolytes in the aggregation of such polyelectrolytes and clays is disclosed in US Pat. No. 3,663,461.

実施例1
37.5乾燥質量%の含水カオリンおよび62.5乾燥質量%の焼成カオリンからなる含水および焼成カオリンスラリーをブレンドして全スラリー固体水準を約50質量%にすることにより、本発明による試料を生成した。この含水および焼成カオリン成分に関する注目すべき物理的特性を、第1表および第2表に列挙した。+325メッシュ残渣は、325メッシュスクリーン(スクリーンメッシュ間の間隔が44μm)を通過しない粗い材料である。1μm未満の%および2μm未満の%の分類は、Sedigraph 5200により測定された球相当径が1または2μm未満である粒子の質量%である。この焼成カオリンは、約950℃で開始してしばしばスピネル相またはムライト相と呼ばれる形態またはこれら2つの相の組み合せを形成する特徴的な発熱転移を経て加熱された材料からなる。ムライト指数(MI)は、100%ムライト参照試料に対するこのカオリン試料中のムライトピークの比であり、この比は焼成カオリンへの熱処理の程度を示す。見かけ嵩密度(ABD)は、空隙率を含む材料の単位体積あたりの質量である。タップ嵩密度(TBD)は、TAP-PACK Volumeter(ISO 787−11)を用いて測定された、より効率的な粒子充填を促進するための作業を行った後の嵩密度の程度である。
Example 1
Producing a sample according to the present invention by blending a hydrous and calcined kaolin slurry consisting of 37.5% dry mass of hydrous kaolin and 62.5% dry mass of calcined kaolin to a total slurry solids level of about 50% by mass did. Notable physical properties of the hydrated and calcined kaolin components are listed in Tables 1 and 2. The +325 mesh residue is a coarse material that does not pass through the 325 mesh screen (44 μm spacing between screen meshes). A classification of% less than 1 μm and% less than 2 μm is the mass% of particles having a sphere equivalent diameter measured by Sedigraph 5200 of less than 1 or 2 μm. The calcined kaolin consists of a material heated at about 950 ° C. via a characteristic exothermic transition which often forms a form called spinel phase or mullite phase or a combination of these two phases. The mullite index (MI) is the ratio of mullite peaks in this kaolin sample to a 100% mullite reference sample, this ratio indicates the degree of heat treatment to the calcined kaolin. Apparent bulk density (ABD) is the mass per unit volume of material including porosity. Tap bulk density (TBD) is a measure of bulk density after work done to promote more efficient particle packing, as measured using the TAP-PACK Volumeter (ISO 787-11).

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乾燥クレー(含水および焼成の双方)1トンあたりSuperfloc C577(カチオン性ポリアミン)を、標準的な空気式ミキサーを用いて、乾燥クレー1トンあたり1.0乾燥ポンドのポリマー供給量でスラリー中に混合した。このポリアミンを、カオリンスラリーへの供給前に固形分が1%となるように希釈した。グレード#40のケイ酸ナトリウム(モル比3.22、あるいはNa2O 1.0部あたり3.22部のSiO2)を、バインダーとしてSiO2ベースで4質量%の供給量で添加した。それとは別に、本発明による試料を、バインダーを含ませずに、すなわちSiO2ベースで0質量%のケイ酸ナトリウム添加で製造した。このスラリーを噴霧乾燥し、それによって、レーザー粒子径分析(Microtrac SRA 150)により測定した場合に80〜90マイクロメートルの平均粒子径(APS)を有する微小球を形成させた。乾燥方法を適宜選択したが、他の乾燥方法も、生成物の水分を2質量%以下(CEM Labwave 9000 moisture analyzer)に低下させるのに同様に有効であるものと考えられる。生じた微小球を、実験室用炉中で815℃(1500°F)で1時間焼成した。 Superfloc C577 (cationic polyamine) per ton of dry clay (both wet and calcined) is mixed into the slurry at a polymer feed of 1.0 dry pounds per ton of dry clay using a standard pneumatic mixer did. The polyamine was diluted to 1% solids prior to feeding the kaolin slurry. Grade # 40 sodium silicate (molar ratio 3.22, or 3.22 parts SiO 2 per 1.0 part Na 2 O) was added as a binder at a feed of 4% by weight on a SiO 2 basis. Apart from that, samples according to the invention were prepared without binder, ie with 0% by weight sodium silicate addition based on SiO 2 . The slurry was spray dried, thereby forming microspheres having an average particle size (APS) of 80-90 micrometers as measured by laser particle size analysis (Microtrac SRA 150). While the drying method was chosen appropriately, other drying methods are believed to be equally effective in reducing the moisture content of the product to 2% by weight or less (CEM Labwave 9000 moisture analyzer). The resulting microspheres were calcined at 815 ° C. (1500 ° F.) for 1 hour in a laboratory furnace.

同一のカオリン出発成分から同一の方法を用いて比較試料を製造したが、但し、カチオン性ポリアミンを添加せず、かつ2倍量のケイ酸ナトリウム(カオリンに対してSiO2ベースで8質量%)をこの材料に添加した。生じた微小球の全細孔容積を変化させるために、養分(栄養素)であるメタカオリンの微小球の添加供給量を変化させて本発明による試料I〜IEを製造した。 Comparative samples were prepared from the same kaolin starting components using the same method, but without the addition of cationic polyamines, and in double the amount of sodium silicate (8% by weight based on SiO 2 with respect to kaolin) Was added to this material. In order to change the total pore volume of the resulting microspheres, the amount of added microspheres of the nutrient (nutrient) metakaolin was varied to produce samples I to IE according to the present invention.

微小球の形成に続き、第3表において特定される以下の組成を用いてゼオライト結晶化を行った。その際、種結晶は微細アルミノシリケート粒子であり、これをゼオライトの結晶化および成長を開始させるために使用した。SiO2 21.6質量%およびNa2O 11.6質量%の組成を有するケイ酸ナトリウム(Na2Oの部に対するSiO2の部として定義されるモル比は1.87である)を、微小球の商業的製造から再循環させ、かつ製造した。主に塩基性の結晶化環境に可溶のメタカオリンからなる栄養素微小球を、連続的なY型ゼオライト成長のための栄養源として供給した。ゼオライト結晶化の開始に用いた種結晶は、米国特許第4,493,902号明細書および特に好ましくは米国特許第4,631,262号明細書に記載されている。 Following the formation of the microspheres, zeolite crystallization was performed using the following composition specified in Table 3. Here, the seed crystals are fine aluminosilicate particles, which were used to initiate the crystallization and growth of the zeolite. Sodium silicate (molar ratio, defined as the part of the SiO 2 to Part Na 2 O is 1.87) having a composition of SiO 2 21.6% by weight and Na 2 O 11.6 wt%, fine It was recycled and manufactured from the commercial manufacture of balls. Nutrient microspheres consisting mainly of metakaolin soluble in a basic crystallization environment were supplied as a nutrient source for continuous Y-type zeolite growth. The seed crystals used to initiate the zeolite crystallization are described in US Pat. No. 4,493,902 and particularly preferably in US Pat. No. 4,631,262.

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以下の方法は、米国特許出願公開第2012/0228194号明細書から直接引用したものである。米国特許第5,395,809号明細書(ここに本明細書の一部を構成するものとして該特許明細書の教示を援用する)に開示されているように、焼成カオリン微小球を適量の他の成分(少なくともケイ酸ナトリウムおよび水を含む)と混合し、その後、生じたスラリーを、この微小球中でY型フォージャサイトを結晶化させるのに十分な温度および時間(例えば200〜215°Fで10〜24時間)に加熱することによって、Y型フォージャサイトを結晶化させた。この微小球を所望のゼオライト含分(典型的には約50〜65)にまで結晶化させ、ろ過し、洗浄し、アンモニウムと交換し、希土類カチオンと交換し、焼成し、アンモニウムイオンと2回目の交換を行い、かつ2回目の焼成を行った。   The following method is taken directly from US Patent Application Publication 2012/0228194. As disclosed in U.S. Pat. No. 5,395,809, the disclosure of which is incorporated herein by reference as being part of the present specification, an appropriate amount of calcined kaolin microspheres is used. Mix with other ingredients (including at least sodium silicate and water), and then give the resulting slurry a temperature and time sufficient to crystallize Y-faujasite in the microspheres (eg 200-215) The Y-faujasite was crystallized by heating to 10 ° C for 10 to 24 hours. The microspheres are crystallized to the desired zeolite content (typically about 50-65), filtered, washed, exchanged with ammonium, exchanged with rare earth cations, calcined and ammonium ion with a second time And the second firing was performed.

第4表に、結晶化させ、次いでイオン交換および焼成を繰返し行った後に得られる試料の物理的特性を挙げる。「対照標準」と表示されている試料はポリアミンを含んでいなかった。本発明による実施例は、ポリアミン:1A〜1Fと表示されている。全表面積(TSA)、マトリックス表面積(MSA)およびゼオライト表面積(ZSA)を、Micromeritics社のTriStarまたはTriStar 2装置を用いて窒素吸着等温線のBET分析により測定した。この実施例において形成された試料は高活性/高表面積の触媒をもたらすが、本発明を、形成された触媒の表面積または触媒活性に限定することを意図するものではない。本発明によって、触媒活性にかかわらず耐摩損性の改善が達成される。   Table 4 lists the physical properties of the samples obtained after repeated crystallization followed by ion exchange and calcination. The sample labeled "control" contained no polyamine. The examples according to the invention are designated as polyamines 1A to 1F. Total surface area (TSA), matrix surface area (MSA) and zeolite surface area (ZSA) were measured by BET analysis of nitrogen adsorption isotherms using a Micromeritics TriStar or TriStar 2 instrument. The sample formed in this example provides a high activity / high surface area catalyst, but is not intended to limit the present invention to the surface area or catalytic activity of the formed catalyst. The present invention achieves improved attrition resistance regardless of catalyst activity.

製造した触媒の初期試験に続いてスチーミング処理を行い、それによって、精油所からの失活または平衡触媒の物理的特性をシミュレートした。本プロセスは、触媒を1500°Fで4時間以上スチーミング処理することからなる。触媒多孔度を、水銀ポロシメトリー技術によりMicromeritics Autopore 4を用いて測定した。全細孔容積は、35〜20,000Åの範囲内の直径を有する細孔の累積容積である。生じたY型ゼオライト微結晶の単位格子サイズを、“Relative Zeolite Diffraction Intensities”(名称D3906−80)と題するASTM標準試験方法に記載の技術により、または同等の技術により測定した。   Initial testing of the prepared catalyst was followed by steaming to simulate the physical properties of the inactivated or equilibrated catalyst from the refinery. The process consists of steaming the catalyst at 1500 ° F. for 4 hours or more. The catalytic porosity was measured by means of mercury porosimetry using a Micromeritics Autopore 4. The total pore volume is the cumulative volume of pores having a diameter in the range of 35-20,000 Å. The unit cell size of the resulting Y-type zeolite microcrystals was measured by the technique described in the ASTM Standard Test Method entitled "Relative Zeolite Diffraction Intensities" (named D 3906-80) or by an equivalent technique.

Figure 0006509202
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図1は、本発明による試料および比較試料について得られたエアジェット摩損結果を細孔容積に対してプロットしたものである。エアジェット摩損率値を、ASTM標準方法D5757に従って社内ユニットを用いて測定した。所与の触媒製造方法および組成で、摩損率は所与の触媒粒子の多孔度の増加に伴って増加する。微小球の形成前に高分子電解質凝集剤を添加することによって微小球形成前に生じる粒子の充填が変更され、これによってより耐摩損性の高いセラミック構造体が生じる。特に、得られる新規触媒構造体は、摩耗タイプの欠陥機構(元の粒子の全サイズよりも小さな粒子となる摩損)により生じる摩損に対して高められた耐久性を示す。図1は、本発明による試料について、全細孔容積が比較例と同等であるかまたはより高い場合に、摩損率において認められる減少を実証している。   FIG. 1 is a plot of air jet attrition results obtained for samples according to the invention and comparative samples versus pore volume. The air jet friability values were measured using an in-house unit according to ASTM Standard Method D5757. For a given catalyst preparation method and composition, the attrition rate increases with increasing porosity of a given catalyst particle. The addition of the polyelectrolyte flocculant prior to the formation of the microspheres alters the packing of the particles that occurs prior to the formation of the microspheres, which results in a more abrasion resistant ceramic structure. In particular, the resulting novel catalyst structures exhibit enhanced durability to attrition caused by wear-type defect mechanisms (abrasion resulting in particles smaller than the original size of the original particles). FIG. 1 demonstrates the observed decrease in attrition rate for the samples according to the invention when the total pore volume is equal to or higher than the comparative example.

図2は、ローラー摩損試験装置から得られた摩損結果を全触媒細孔容積に対してプロットしたものである。ローラー法は、粒子の割れにより生じる触媒摩損の増大をもたらす、より過酷な試験である(粒子が破壊されて、元の全粒子の2つ以上の大きな部分となる)。ここでも本発明による試料は、全細孔容積が同等ないし増加(多孔度は0.03cm3/gまで増加)した場合に、摩損率の減少を示した。バインダーとしてのケイ酸ナトリウムを添加せずに製造された本発明による試料は、摩耗により生じる摩損に関しては改善された性能を示すものの、より攻撃的なローラー試験においては対照標準と同等であるにすぎなかった。商業的なFCCユニットのポピュレーションバランスモデリングが、摩耗が破壊よりも支配的な摩損機構であることを示していることを考慮すると、ポリアミンを用いかつバインダーを用いずに形成された試料は、比較試験に対する性能上の段階的変化の改善である。 FIG. 2 is a plot of the attrition results obtained from the roller attrition tester against the total catalyst pore volume. The roller method is a more severe test which results in an increase in catalytic attrition caused by particle cracking (particles are broken into two or more large parts of the original total particles). Here too, the samples according to the invention showed a decrease in attrition when the total pore volume was equal to or increased (porosity increased to 0.03 cm 3 / g). Samples according to the invention, prepared without the addition of sodium silicate as binder, show improved performance with respect to attrition caused by abrasion, but only in comparison with the control in more aggressive roller tests It was not. Considering that population balance modeling of commercial FCC units indicates that wear is the predominant attrition mechanism over failure, samples formed with polyamines and without binders are compared It is an improvement of the performance step change to the test.

実施例2
Superfloc C577の供給量を変化させて、またはその他のカチオン性高分子電解質薬剤を添加して本発明の微小球を製造するために、同一の含水および焼成カオリン成分を利用した。ポリアミン添加を、実施例1と同様に、バインダー供給量を減少させてケイ酸ナトリウムとして4質量%のSiO2を用いて行った。「対照標準」と表示されている比較試料を、噴霧乾燥前に添加されるケイ酸ナトリウムとして8質量%のSiO2を用いて形成した。第5A表および第5B表に、処理して完成触媒とするために各々の微小球試料の結晶化に利用した配合を示す。
Example 2
The same hydrated and calcined kaolin components were utilized to produce the microspheres of the present invention by varying the amount of Superfloc C577 supply or adding other cationic polyelectrolyte agents. Polyamine addition was carried out as in Example 1 using 4% by weight SiO 2 as sodium silicate with reduced binder feed. A comparative sample labeled "Control" was formed using 8 wt% SiO 2 as sodium silicate added prior to spray drying. Tables 5A and 5B show the formulations used to crystallize each microsphere sample to be processed into a finished catalyst.

ポリアミン:1A〜1Fと表示されている本発明による実施例を、Superfloc C577を用いて製造した。ポリアミン:1A〜1Cと表示されている本発明による試料を、0.5、1.0および2.0ポンド/トンのポリアミンを添加して製造した。ポリアミン:1C〜1Fと表示されている本発明による試料はすべて、帯電したSuperfloc C577を2.0ポンド/トン含むが、但し、全多孔度の異なる最終触媒が生成されるように配合した。本発明による試料であるポリアミンIIを、商業的には直鎖低分子量ポリアミンと表示されているSuperFloc C572を1ポンド/トン用いて製造した。本発明による試料であるポリアミンIIIを、商業的には分岐鎖低分子量ポリアミンと表示されているSuperFloc C573を1ポンド/トン用いて製造した。ポリアミンIVを、商業的には分岐鎖高分子量ポリアミンと表示されているSuperFloc C581を1ポンド/トン用いて製造した。   An example according to the invention labeled Polyamines: 1A-1F was prepared using Superfloc C577. Polyamines: Samples according to the invention, designated as 1A-1C, were prepared by adding 0.5, 1.0 and 2.0 pounds / ton of polyamine. All samples according to the invention labeled Polyamines: 1C-1F contained 2.0 pounds / ton of charged Superfloc C577, but were formulated to produce a final catalyst of different overall porosity. A sample according to the invention, Polyamine II, was prepared using 1 lb / ton of SuperFloc C572, commercially indicated as a linear low molecular weight polyamine. A sample according to the invention, Polyamine III, was prepared using 1 lb / ton of SuperFloc C 573, which is commercially indicated as branched low molecular weight polyamine. Polyamine IV was prepared using 1 lb / ton of SuperFloc C581, which is commercially indicated as branched high molecular weight polyamine.

Figure 0006509202
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第6A表および第6B表に、生じたそれぞれの触媒最終生成物から採取した物理的特性データを示す。エアジェットにより測定された摩損結果(図3)およびローラー摩損により測定された摩損結果(図4)は、全細孔容積が比較例と同等である場合に、本発明の触媒の性能が改善されていることを実証している。   Tables 6A and 6B show physical property data collected from each of the resulting catalyst end products. The attrition results measured by air jet (FIG. 3) and the attrition results measured by roller attrition (FIG. 4) show that the performance of the catalyst of the invention is improved when the total pore volume is comparable to the comparative example Demonstrate that.

Figure 0006509202
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Claims (18)

ゼオライト含有微小球である流動接触分解(FCC)ゼオライト含有触媒であって、
前記微小球が、
i)発熱を経て焼成されているカオリン、および
ii)ゼオライト結晶、またはiii)含水カオリンおよび/またはメタカオリンのいずれか
を含むスラリーから形成されており、
前記微小球の形成の前または形成の間に、前記スラリーが、i)およびii)、またはi)およびiii)の質量を基準にして0.005〜0.5質量%のカチオン性高分子電解質と混合されており、
前記スラリーを噴霧乾燥して前記微小球を形成し、前記微小球を焼成し、かつ前記微小球をシリケートと反応させることによってゼオライト結晶をその場で形成させた、前記触媒。
A fluid catalytic cracking (FCC) zeolite containing catalyst which is a zeolite containing microspheres,
The microsphere is
i) formed from a slurry comprising kaolin that has been calcined via exotherm, and ii) zeolite crystals, or iii) either hydrous kaolin and / or metakaolin,
Before or during the formation of the microspheres, the slurry comprises 0.005 to 0.5% by weight of cationic polyelectrolyte based on the weight of i) and ii), or i) and iii) has been mixed with,
The catalyst wherein the slurry is spray dried to form the microspheres, the microspheres are calcined and the zeolite crystals are formed in situ by reacting the microspheres with a silicate .
前記微小球が20〜200マイクロメートルである、請求項1に記載の触媒。   The catalyst of claim 1, wherein the microspheres are 20 to 200 micrometers. 前記微小球が、i)発熱を経て焼成されているカオリン、およびiii)含水カオリンおよび/またはメタカオリンから形成され、かつ前記ゼオライトがその場で形成されている、請求項1に記載の触媒。   The catalyst according to claim 1, wherein the microspheres are formed from i) exothermally calcined kaolin, and iii) hydrous kaolin and / or metakaolin, and the zeolite is formed in situ. 前記微小球が、i)発熱を経て焼成されているカオリン、およびiii)メタカオリンから形成されている、請求項3に記載の触媒。   The catalyst according to claim 3, wherein the microspheres are formed from i) kaolin that has been calcined via exotherm, and iii) metakaolin. 前記微小球が、i)発熱を経て焼成されているカオリン、およびiii)含水カオリンから形成されている、請求項3に記載の触媒。   The catalyst according to claim 3, wherein the microspheres are formed from i) kaolin that has been calcined via exotherm, and iii) hydrous kaolin. 前記カチオン性高分子電解質がポリアミンである、請求項1に記載の触媒。   The catalyst according to claim 1, wherein the cationic polyelectrolyte is a polyamine. 前記カチオン性高分子電解質がポリアミンである、請求項4に記載の触媒。   5. A catalyst according to claim 4, wherein the cationic polyelectrolyte is a polyamine. 前記の発熱を経て焼成されているカオリンは、その粒子の少なくとも90質量%が2マイクロメートル未満の超微細含水カオリンから形成されている、請求項1に記載の触媒。 Kaolin being fired through the heating of said at least 90 wt% of the particles are formed from ultrafine hydrous kaolin of less than 2 micrometers, the catalyst according to claim 1. 前記ポリアミンが、i)およびii)、またはi)およびiii)の質量を基準にして0.025〜0.1質量%の量で、前記スラリーと混合されている、請求項6に記載の触媒。   The catalyst according to claim 6, wherein the polyamine is mixed with the slurry in an amount of 0.025 to 0.1 wt% based on the weight of i) and ii), or i) and iii). . 前記微小球が、i)発熱を経て焼成されているカオリン、およびii)ゼオライト結晶から形成されている、請求項1に記載の触媒。   The catalyst according to claim 1, wherein the microspheres are formed from i) exothermally calcined kaolin, and ii) zeolite crystals. 前記ポリアミンが10,000〜1,000,000の分子量を有する、請求項6に記載の触媒。   The catalyst according to claim 6, wherein the polyamine has a molecular weight of 10,000 to 1,000,000. ゼオライト含有微小球である流動接触分解(FCC)ゼオライト含有触媒の製造方法であって、以下のステップ:
i)発熱を経て焼成されているカオリン、および
ii)ゼオライト結晶、またはiii)含水カオリンおよび/またはメタカオリンのいずれか
を含むスラリーを形成するステップ、
前記スラリーと、i)およびii)、またはi)およびiii)の質量を基準にして、0.005〜0.5質量%のカチオン性高分子電解質とを混合するステップ、
前記スラリーを噴霧乾燥して微小球を形成するステップ
前記微小球を焼成するステップ、および
前記微小球をシリケートと反応させることによってゼオライト結晶をその場で形成させるステップ
を含む、前記方法。
A process for the preparation of a fluid catalytic cracking (FCC) zeolite containing catalyst which is a zeolite containing microspheres, comprising the following steps:
forming a slurry comprising i) an exothermally calcined kaolin, and ii) a zeolite crystal, or iii) hydrous kaolin and / or metakaolin.
Mixing the slurry with 0.005 to 0.5 wt% of the cationic polyelectrolyte based on the weight of i) and ii), or i) and iii),
Spray drying the slurry to form microspheres ,
Firing the microspheres , and
Forming zeolite crystals in situ by reacting the microspheres with a silicate .
前記微小球触媒が20〜200マイクロメートルの直径を有する、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the microsphere catalyst has a diameter of 20 to 200 micrometers. 前記カチオン性高分子電解質がポリアミンである、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the cationic polyelectrolyte is a polyamine. 前記ポリアミンが10,000〜1,000,000の分子量を有する、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the polyamine has a molecular weight of 10,000 to 1,000,000. 前記カチオン性高分子電解質が、i)およびii)、またはi)およびiii)の質量を基準にして0.025〜0.1質量%の量で前記スラリー中に存在する、請求項12に記載の方法。   13. The method according to claim 12, wherein the cationic polyelectrolyte is present in the slurry in an amount of 0.025 to 0.1 wt% based on the weight of i) and ii), or i) and iii). the method of. 前記スラリーが、iii)含水カオリンおよび/またはメタカオリンを含み、かつ前記微小球をシリケートと反応させることによってゼオライト結晶をその場で形成させる、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the slurry comprises iii) hydrous kaolin and / or metakaolin and the zeolite crystals are formed in situ by reacting the microspheres with a silicate. 前記の発熱を経て焼成されているカオリンを、2マイクロメートル未満の粒子を少なくとも90質量%有する超微細含水カオリンから形成させる、請求項12に記載の方法。   13. A method according to claim 12, wherein the exothermally calcined kaolin is formed from ultra-fine hydrated kaolin having at least 90% by weight particles less than 2 micrometers.
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